[海外看中国]中国科学家为高性能水下无人航行器开发碳纤维外壳

根据海外《china-arms》网站报道,中美双方都计划在台湾海峡和南中国海等关键海域部署大量水下无人潜艇。最近,一艘美国无人水下航行器被中国海警打捞上来,突显了这场激烈的斗争。外媒暗示,在任何潜在冲突中,水下无人航行器的性能和数量都将是决定性的。根据华盛顿智库新美国安全中心上个月的一份报告,台湾海峡的局势将与乌克兰的冲突有很大不同,因为与无人机相比,水下无人航行器更难摧毁或干扰。

《南华早报》7月11日报道称,中国科学家已经开发出一种能够大规模生产高性能水下无人航行器的超级碳纤维船体。这些无人航行器不仅适用于浅水区,而且可以轻松潜入6000米(19700英尺)的深度。这个数字是一个保守的估计,理论值表明有可能进行更深入的潜水。

上个月,由哈尔滨玻璃纤维研究所高级工程师郭玉琦领导的一个项目团队在中国学术期刊《纤维复合材料》上发表了一篇同行评审论文。该论文指出:“目前的深海潜水器通常使用合金钢或钛合金制成的耐压结构。由于其高密度,这些材料在潜水器总重量中占很大比例,限制了它们的有效载荷能力。”

他和他的同事写道:“在当今国家快速发展、对深潜和高有效载荷的高需求的时代,碳纤维材料因其低密度、高强度、高模量、抗疲劳、耐腐蚀和灵活的设计而广泛应用于载人和无人潜水器耐压结构。”

哈尔滨玻璃纤维研究所是哈尔滨工业大学的附属机构,被认为是中国玻璃纤维的摇篮。哈尔滨工业大学因其对国防的重大贡献而受到认可,目前正受到美国的制裁。该研究所和哈尔滨工业大学现在以合作模式运作。哈尔滨玻璃纤维研究所开发了许多开创性技术,通常在中国处于领先地位。

在西方,碳纤维被认为不适合潜艇工业。由美国私人公司海洋之门(OceanGate)运营的世界上第一艘碳纤维载人潜水器“泰坦”于去年6月在4000米深的巨大水压下发生了灾难性故障,导致船上五名人员全部遇难。许多行业专家将这场悲剧归因于碳纤维在水下的脆弱性:高压会导致水渗透到纤维之间的间隙,反复潜水会导致船体开裂和变形。西方专家认为,碳纤维的固有特性使其不适合潜艇工业,但中国科学家的目标是挑战这一信念。

中国制造的碳纤维压力壳的壁厚约为3厘米,仅为泰坦的四分之一。郭教授的团队表示,实验室测试表明,这种船体可以轻松承受77兆帕的水压,是华盛顿大学为泰坦测试的耐压性的两倍多。郭估计,由这种碳纤维材料制成的腔室可以承受高达90兆帕的压力,从而能够潜入9000米的深度。然而,为了安全起见,操作深度设定为6000米,相当于60兆帕的压力。虽然美国同类产品在4000米处失败,但中国产品预计将安全达到6000米,潜在极限为9000米,这是一个显著的领先优势。

碳纤维压力壳的外层是1毫米厚的防水涂层,在正常使用过程中防止泄漏、损坏、界面分层、开裂或其他问题。郭的团队表示,它可以承受一定程度的冲击、划痕和其他挑战,而不会出现故障或损坏。

郭的团队对耐压船体的外部进行了高压和密封系统测试,结果非常好。为了承受0-6000米海水的交变压力,设计人员还考虑了碳纤维船体和钛合金之间连接处的疲劳问题,以及内部压力和温度变化。

他们在论文中表示,“它可以承受2000多次交替循环。”郭的团队还开发了一种碳纤维船体,适用于在200米范围内运行的无人水下航行器,厚度仅为3毫米,直径为1米,适用于浅水区的低成本操作。

水下潜水器是维护国家海洋权益和资源安全不可或缺的。他们的技术水平在一定程度上代表了国防能力和技术实力。由于中国已经掌握了浅水潜艇通信技术,水下无人航行器的大规模使用可能由中国主导。

此外,去年中国的碳纤维产量几乎达到全球产量的一半。随着许多新生产线的建设,一些行业专家估计,未来几年中国的产能可能会大幅增加,进一步降低碳纤维的成本。

中国生产的碳纤维主要用于体育和娱乐产品。在中国市场,一辆碳纤维自行车的价格已降至3000多元,约合410美元,是几年前价格的十分之一。

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5.国外大型无人水下航行器发展综述当今无人水下航行器(UUV)已成为世界各国海军争相研制的“热点”装备, 并纷纷致力于大型UUV的研发。文中通过对大量文献的分析, 梳理了美国、俄罗斯、英国及德国等主要海军国家有代表性的大型UUV的发展现状和技术特征, 重点介绍了美国主要大型UUV装备的研究进展、应用情况及重要技术指标, 展望了大型UUV在动力、多任务、https://www.fx361.com/page/2018/0903/12736432.shtml
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